Превращение микроорганизмами углеродосодержащих веществ. Круговорот углерода в природе

Углерод является основным элементом, который входит в со­став всех органических соединений. Единственным источником углерода является углекислый газ, содержание которого в воздухе составляет примерно 0,03 объемных процентов. Такая концентра­ция углекислоты в атмосфере поддерживается относительно по­стоянной в результате динамического равновесия между фотосин­тезом и минерализацией. О значимости круговорота углерода в при­роде свидетельствует расчет: весь углерод атмосферы в случае отсутствия пополнения был бы полностью исчерпан при современ­ной скорости фотосинтеза менее чем за 20 лет. Дальнейшая жизнь была бы невозможна.

Одним из важнейших агентов, ответственных за регуляцию СО2 в атмосфере и поддержании ее постоянной концентрации, яв­ляется почва с присутствующей в ней микрофлорой. Микроорга­низмы оказывают значительное влияние на состав атмосферы, так как они - единственные из живых организмов, способные метаболизировать ее газообразные микропримеси (например, метан, во­дород, окись углерода). При минерализации органических веществ они образуют почти столько же углерода, сколько используется ра­стениями в процессе фотосинтеза.

Круговорот yглерода в природе протекает в две стадии (рис. 28). В первой стадии происходит фиксация атмосферного углекислого газа и использование его для построения органических веществ в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Главенствующая роль в образовании орга­нических соединений в процессе фотосинтеза принадлежит растениям и в меньшей степени - сине-зеленым водорослям и фотосинтезирующим бактериям. В результате их фотосинтетической деятельности углекислый газ превращается в органические вещества, которые за­тем усваиваются животными в процессе обмена веществ.

Вторая стадия в круговороте углерода представлена разнооб­разными процессами трансформации органических соединений, которые осуществляются различными физиологическими группами микроорганизмов. В результате этого процесса происходит возврат углекислого газа в атмосферу, что определяет постоянный уровень его содержания в атмосфере.

Среднегодовой синтез органических веществ на планете состав­ляет 33x10¹¹ кг. Основная масса этого вещества представлена различ­ными органическими соединениями растительного происхождения, В состав этих соединений входят растворимые в воде вещества (сахара, органические кислоты, спирты), слаборастворимые (гемицеллюлоза), нерастворимые (крахмал, пектин, целлюлоза, воска, жиры, смолы, углеводороды) и особо трудноразлагаемое вещество - лигнин.

В процессах разложения органических веществ принимают участие различные организмы, но ведущая роль принадлежит мик­роорганизмам. Наиболее легко и быстро разлагаются водораство­римые соединения, и прежде всего, моно-и дисахара. В аэробных условиях они разлагаются до углекислого газа и воды, а в анаэроб­ных условиях сбраживаются с образованием органических кислот, спиртов и газов.